JP2000288812A - 穴加工用工具 - Google Patents
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- Drilling Tools (AREA)
Abstract
て長寿命で、素材費が安く、加工性に優れ、ロウづけ時
の熱亀裂が発生しにくいものを提供する。 【解決手段】 先端に切れ刃を有する穴加工用工具にお
いて、穴加工用工具の外周で、かつ前記切れ刃よりも後
部には、前記切れ刃によって切削された被削材の加工面
と接触して穴加工を安定化させる耐摩材料を有する。こ
の耐摩材料の少なくとも表面部は、平均粒径1〜100μm
の互いに直接結合していない立方晶窒化硼素粒子を5〜4
5体積%含有し、残部が超硬合金およびサーメットの少
なくとも一方を主体とする。そして、Al、Si、Co、Niの
硼化物、窒化物、硼窒化物およびTi、Co、Niから選ばれ
た少なくとも2種の元素で形成された金属間化合物を含
まない
Description
ド粒子を含有したガイドパッドを有する穴加工用工具に
関するものである。
ーリングバー、ドリルなどには、切れ刃よりも後部にガ
イドパッドを装着する例が増えている。このガイドパッ
ドは、切れ刃によって切削された被削材の内周面と接触
して切削力をサポートし、穴加工を安定させると共に、
高精度加工を可能とする。このガイドパッドには超硬合
金やサーメット、ダイヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素
焼結体が用いられており(特開昭62-188613号公報)、
これらの材料はロウづけまたはネジ止めによって穴加工
用工具本体に固定されている。
は次のような問題があった。 切れ刃に用いる工具がコーナー交換可能方式の場
合、穴加工用工具本体は消耗しておらず継続使用可能で
あるのに、前記ガイドパッドが摩耗したために、安定し
た穴加工や高精度加工が不可能となり、穴加工用工具本
体を廃却せざるを得ないケースがある。これは、ガイド
パッドに超硬合金やサーメットを使用した例に多く、こ
れらの材料の耐摩耗性不足が原因である。
ドパッドにダイヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素焼結体
を使用するケースが増えている。しかしながら、これら
のガイドパッドは超高圧発生容器を用いて製造されるた
め、材料費が高価で、形状的にも曲面形状が必要とされ
る本用途のガイドパッドを作製するのは難しかった。
状に加工することになるが、ダイヤモンド粒子や立方晶
窒化硼素粒子を50%以上含み、ダイヤモンド粒子同士が
直接結合しているので、加工性が非常に悪い。そのた
め、狙いとする穴径に高精度に加工することが難しく、
加工費が非常に高くなる欠点を有していた。
ンド焼結体や立方晶窒化硼素焼結体を使用し、穴加工用
工具本体への接合をロウづけによって行う場合、熱膨張
係数の違いからダイヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素焼
結体にロウづけ時に熱亀裂が発生し、問題となるケース
が多かった。
ヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素焼結体のダイヤモンド
および立方晶窒化硼素粒子層の厚みは一般に0.5〜1mmと
薄くして製造されている。これは、前記項との関係で
ダイヤモンドおよび立方晶窒化硼素層の厚みを厚くする
と熱亀裂が生じやすいためである。このため、従来のダ
イヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素焼結体を穴加工用工
具の穴加工安定用ガイドパッドとして使用した場合、穴
加工用工具の径が大きくなると、穴加工用工具本体に取
りつけるガイドパッドの周方向の長さが長くとれず、穴
加工を安定化させるのに支障を生じていた。
として用いられるガイドパッドとして長寿命で、素材費
が安く、加工性に優れ、ロウづけ時の熱亀裂が発生しに
くい材料を作製し、このガイドパッドを用いて、安定し
て高精度加工が可能な経済性に優れた穴加工用工具を提
供することである。
は、先端に切れ刃を有し、前記穴加工用工具の外周で、
かつ前記切れ刃よりも後部には、前記切れ刃によって切
削された被削材の加工面と接触して、穴加工を安定化さ
せるガイドパッドを有する。そして、このガイドパッド
の少なくとも表面部は平均粒径1〜100μmの互いに直接
結合していないダイヤモンド粒子を5〜45体積%含有
し、残部が超硬合金およびサーメットの少なくとも一方
を主体とすることを特徴とする。
機能を発揮するダイヤモンド粒子の含有量が5〜45体積
%と少なく、ダイヤモンド粒子同士が直接結合していな
いことから、加工性が非常に優れている。この結果、本
発明のガイドパッドを穴加工用工具のガイドパッドとし
て用いた場合、加工費が大幅に低減できるほか、穴径を
決定するガイドパッドの外径を高精度に加工でき、年々
高精度化する加工ニーズに応えることができる。
未満では耐摩耗性の向上効果が小さく、45体積%を越え
ると耐熱亀裂性が低下する。特に好ましいのは10〜35体
積%のときである。この範囲にダイヤモンド粒子の量を
制限することで、焼結性が向上するとともに、耐欠損性
を特に向上できる。しかも、残部のマトリックスを超硬
合金およびサーメットの少なくとも一方としていること
から、ダイヤモンド粒子を含有する層自体の耐熱亀裂性
は従来のダイヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素焼結体よ
りも大幅に向上している。なお、ダイヤモンド粒子の少
なくとも一部をダイヤモンド粒子の含有量を超えない範
囲で立方晶窒化硼素粒子に置き換えることも可能であ
る。
モンド焼結体と比較して少ないものの、ダイヤモンド粒
子自身の耐摩耗性は従来のダイヤモンド焼結体と遜色な
く、穴加工用工具の穴加工を安定化させるためのガイド
パッドとしての耐摩耗性は従来のダイヤモンド焼結体並
みの性能を示す。但し、前記ガイドパッドとして、穴加
工を高精度に行うためには優れた加工性の確保も大きな
課題であり、狙いとした穴径加工が可能なダイヤモンド
粒子の平均粒子径としては1〜100μmが好ましい。100μ
mよりも粗粒のダイヤモンド粒子を用いると、加工性が
低下する。また、1μmよりも小さいダイヤモンド粒子は
脱落が生じやすいので、1〜100μmに限定した。特に好
ましいのは30μm以下のときであり、これにより、強
度、加工性がより向上できる。
には超硬合金が好ましいが、鋼加工の際には鋼材との親
和性の低いサーメットを用いることが好ましい。超硬合
金もしくはサーメットをマトリックスの主体となるよう
に用いることにより、ガイドパッドの剛性率を高めるこ
とができる。その上、従来のダイヤモンド焼結体で問題
であった突発的な欠損がなくなり、耐摩耗性と耐欠損性
を両立した材料とできる。なお、耐食性を向上させたい
場合には結合相金属としてNiやCrを用いたり、IVa、V
a、VIa族元素の炭化物、窒化物および炭窒化物から選択
された少なくとも1種を添加し、用途によりマトリック
スを変更すればよい。さらに、好ましくはWS2、MoS2
などの潤滑性を有する化合物を添加すると、穴加工時の
加工抵抗が低減でき、穴加工を高精度化、安定化できる
ので好ましい。
粒子を含むが、その含有量は5〜45体積%で、ダイヤモ
ンド粒子同士は直接結合していない。最も好ましいダイ
ヤモンド粒子の含有量は10〜35体積%であるが、この構
造にすると超硬合金もしくはサーメットの海の中にダイ
ヤモンド粒子が孤島のように浮いている状態とできる。
このようなダイヤモンド粒子の存在状態とすることで、
ダイヤモンド粒子はマトリックスから脱落しにくくな
る。また、この場合、ダイヤモンド粒子が被削材に対し
て多点支持となるため被削材からの抵抗を分散して受け
ることができ、見かけ上広い面で支持することになる。
そのため、従来の立方晶窒化硼素焼結体やダイヤモンド
焼結体が片当たりして被削材と接触し、偏摩耗しやすい
のに比べ、穴加工を安定して高精度に行うことができる
という驚くべき効果が得られた。
合していない材料は、ダイヤモンドが安定な条件で製造
するよりもダイヤモンドが準安定な条件で製造した方が
製造しやすく、コスト面でも超高圧発生容器を用いずに
製造できるので好ましい。また、ダイヤモンド粒子同士
が直接結合しているかどうかは、塩酸や硝酸などの酸性
溶液中でマトリックスである超硬合金もしくはサーメッ
トを溶解したときに、ダイヤモンド粒子がばらばらにな
るかどうかで判断することが可能である。
し、最上層をダイヤモンド粒子含有層とし、最下層をダ
イヤモンド粒子を含まないもしくは最上層よりも少ない
超硬合金を主体とすることで、このガイドパッドを穴加
工用工具本体にロウづけした際に熱亀裂が生じることを
抑制できる。特に好ましいのは前記ガイドパッドを3層
以上とし、各層の熱膨張係数が最上層から最下層に行く
に従い大きくなるようにした場合で、特に好ましいのは
最下層のHv硬度が1000kg/mm2以下とした場合である。
このような構造とすることで前記ガイドパッドを穴加工
用工具本体にロウづけした際に発生する熱応力が小さく
なり、焼結体に割れが生じにくい。
厚さが1mm以上より厚い、平板状に積層された焼結体を
前記ガイドパッドとして穴加工用工具に接合した際で
も、従来のダイヤモンド焼結体、立方晶窒化硼素焼結体
では難しかった、周方向の長さの大きい耐摩耗性に優れ
たガイドパッドが作製でき、穴加工を安定化させる効果
を大きくできるので好ましい。
結法によって製造されることが好ましい。すなわち、前
述した所定の組成に混合した原料粉末を黒鉛型に装填
し、通電加圧焼結により黒鉛型内の原料粉末を焼結する
ことで焼結体を得る。ガイドパッドを積層構造にする場
合、各層の原料粉末を線膨張係数が最上層から最下層に
向かうに従って大きくなる順に黒鉛型に装填すれば良
い。この製造法によれば、超高圧発生容器を使わずとも
ダイヤモンド粒子を含有するガイドパッドの作製が可能
であり、製造コストの低減および大サイズの焼結体の製
造が可能となる。
件は以下の通りである。すなわち、焼結温度はマトリッ
クスとなる超硬合金やサーメットに液相が生成する温度
であることが好ましく、この焼結温度での保持時間が20
秒以上30分以内、加圧力が3〜100MPaの条件で通電加圧
焼結して製造されると好ましい。特に、1〜100msecのパ
ルス電流を用いて通電することが望ましい。
時間を20秒以上30分以内としたのは、20秒よりも保持時
間が短いと緻密化が不十分であり、30分よりも長いとダ
イヤモンドの劣化が起こりやすいためである。特に好ま
しいのは1分以上20分以内である。
aよりも低いとマトリックスの緻密化が起こりにくく、1
00MPaよりも高い圧力であると特殊な焼結形式が必要と
なり製造コストが増大するためである。
msec、電流OFF時間が1msec以上である矩形パルス電流を
用いて行うことが好ましい。このような通電加圧焼結に
より、非常に緻密でダイヤモンド粒子の脱落が生じにく
いダイヤモンド含有ガイドパッドを得ることができる。
スにダイヤモンド粒子が溶解し、黒鉛化する現象を防ぐ
ため、予めダイヤモンド粒子に金属、合金、セラミック
スなどを被覆した後、焼結することも好ましい。好適な
被覆厚は0.01〜2μmで、好適な膜質はCr、Mo、W、Ti-Al
-V、TiN、SiCなどである。このような被覆層を形成する
方法としては、スパッタリング法やイオンプレーティン
グ法などの物理蒸着法(PVD法)や、化学蒸着法(CVD
法)の他、めっき法、浸漬法などが挙げられる。
する。 (実施例1)平均粒径3μmのWC粉末、平均粒径1μmのC
o、Ni、Cr粉末、平均粒径2μmのTiCN粉末、平均粒径30
μmのダイヤモンド粉末を準備し、表1の組成に配合
後、ボールミルを用いて混合し、焼結用粉末を用意し
た。このようにして準備した粉末を各層の厚みが焼結後
に2mmとなるように表1の順に積層して、内径80mmの黒
鉛型に充填し、0.01Torr以下の真空中で圧力3MPaを付加
しながら、パルス電流を流して通電加圧焼結し、径80m
m、厚さ2〜4mmの焼結体を作製した。昇温パターンは10
分間で1330℃まで昇温、その温度で1分間保持して、30
℃/minの速度で冷却した。また、粉末No.1-2、1-8、1-
11に関しては超高圧発生容器によって径80mm、厚み4mm
の焼結体試料No.1-11、No.1-12、No.1-13を作製した。
昇温パターン及び圧力は3.8×107Torrのもと、30分間
で1350℃まで昇温し、その温度で40分間保持して、50℃
/minの速度で冷却した。
〜1-13からワイヤカット装置を用いて長さ55.6mm、幅4.
6mm、厚さ2〜4mmのチップを切り出し、全面を♯400のダ
イヤモンド砥石を用いて研削し、長さ55mm、幅4mm、厚
さ1.5〜3.5mmまで加工し、その際の研削抵抗を測定し
た。なお、研削抵抗の値は試料No.1-11の測定値を100と
して表2中に記載した。また、ダイヤモンド粒子同士が
直接接合しているかどうかを確認するため、各焼結体を
強酸中で超硬合金、サーメット成分を溶かし、残ったダ
イヤモンド粒子が互いに直接結合しているかどうかを走
査型電子顕微鏡を用いて調査した。
本体である径17mmのSCM440製鋼材に銀ロウ(住友電工製
SA3)とフラックス(硝酸25%、硼砂30%、酸性フッ化
カリ45%)を用いて、高周波炉で大気中、500℃以上に
加熱しながら最下層と鋼材のロウ付け接合を行ない、熱
亀裂の発生の有無を評価した。
♯400のダイヤモンド砥石を用いて研削し、仕上げの径
が18mmとなるように加工した。
ないNo.1-7〜1-13は研削抵抗が高く加工にかかる時間が
長いのに対し本発明品であるNo.1-1〜1-6は研削抵抗が
低く加工コストを大幅に削減できた。しかも仕上げの寸
法が狙い通り18mmに加工できたことから穴加工を高精度
化できる。特にNo.1-3〜1-6はロウ付け時の熱亀裂の発
生は全くなく、鋼に対して良好に接合していることが確
認出来た。
-5とダイヤモンド含有量以外が同じ構造で最上層のダイ
ヤモンド含有量のみ表3に示すように変化させた試料N
o.2-1〜2-7を実施例1と同様にして作製した。また、こ
こでも実施例1で作製した試料No.1-11と同じ試料No.2-
8を用意した。これらの試料から、実施例1と同様に長
さ55.6mm、幅4.6mm、厚さ4mmのチップを切り出し、全
面を#400のダイヤモンド砥石を用いて研削し、長さ55m
m、幅4mm、厚さ3.5mmに加工した。ここでも各試料の研
削抵抗を測定し、No.2-8の研削抵抗を100として表3中に
記載した。結果は表3中に示す。次にこれらの試料を穴
加工用工具本体である径17mmのSCM440製鋼材に銀ロウ
(住友電工製SA3)とフラックス(硝酸25%、硼砂30
%、酸性フッ化カリ45%)を用いて、高周波炉で大気
中、500℃以上に加熱しながら最下層と鋼材のロウ付け
接合を行った。
♯400のダイヤモンド砥石を用いて研削し、仕上げの径
が18mmとなるように加工した。
て切削速度50m/min、一回転当たりの送リ0.2mmでステ
ンレス合金の穴明け行い、加工長1mにおける摩耗量の
判定を行った。摩耗量判定に関しては標準試料としてN
o.2-1の摩耗量を100として測定した。
明品であるNo.2-2〜2-7の試料は優れた耐摩耗性を有し
ていることが確認できた。中でも10〜35体積%の範囲に
あるNo.2-3〜2-6の試料は特に優れた耐摩耗性を有して
いることがわかる。
-5と同じ構造の焼結体を最上層のダイヤモンド粒径のみ
表4に示すように変化させて、試料No.3-1〜3-9を実施
例1と同様にして作製した。これらの試料から、実施例
1と同様に長さ55.6mm、幅4.6mm、厚さ4mmのチップを
切り出し、全面を♯400のダイヤモンド砥石を用いて研
削し、長さ55mm、幅4mm、厚さ3.5mmに加工した。ここで
も各試料の研削抵抗を測定し、前記実施例2における試
料No.2-8の研削抵抗を100として表4中に記載した。次
にこれらの試料を穴加工用工具本体である径17mmのSCM4
40製鋼材に銀ロウ(住友電工製SA3)とフラックス(硝
酸25%、硼砂30%、酸性フッ化カリ45%)を用いて、高
周波炉で大気中、500℃以上に加熱しながら最下層と鋼
材のロウ付け接合を行った。
♯400のダイヤモンド砥石を用いて研削し、仕上げの径
が18mmとなるように加工した。
て切削速度150m/min、一回転当りの送り0.2mmでアルミ
合金の穴明けを行い、加工長1mにおける摩耗量の測定
を行った。摩耗量はNo.3-1の摩耗量を100として表4中
に記載した。
明品であるNo.3-3〜3-7の試料は本発明外品に対して研
削抵抗、耐摩耗性のバランスがとれており、優れた性能
を有していることが分かる。中でもダイヤモンド粒径が
1〜30μmの範囲にあるNo.3-3、3-4、3-5の試料は特にバ
ランスが良いことが分かる。
粒径1μmのCo、Ni、Cr粉末、平均粒径2μmのTiCN粉末、
平均粒径30μmのWを0.5μm被覆したダイヤモンド粉末を
準備し、表5の組成に配合後、ボールミルを用いて混合
し、焼結用粉末を用意した。このようにして準備した粉
末を各層の厚みが焼結後に2mmとなるように表5の順に
積層して、内径150mmの黒鉛型に充填し、0.01Torr以下
の真空中で圧力20MPaを付加しながら、パルス電流を流
して通電加圧焼結し、径150mm、厚さ2〜8mmの焼結体を
作製した。昇温パターンは20分間で1330℃まで昇温、そ
の温度で1分間保持して、30℃/minの速度で冷却し
た。
〜4-8からワイヤカット装置を用いて長さ110.6mm、幅4.
6mm、厚さ2〜8mmのチップを切り出し、全面を♯400のダ
イヤモンド砥石を用いて研削し、長さ110mm、幅4mm、
厚さ1.5〜3.5mmまで加工した。
を用いて切削し、厚み方向の断面を平面研削後、鏡面研
磨し、最下層のHv硬度をダイヤモンド製のビッカース圧
子を用いて荷重50kgで測定し、その結果を表6中に記載
した。
本体である径34mmのSCM440製鋼材に銀ロウ(住友電工製
SA3)とフラックス(硝酸25%、硼砂30%、酸性フッ化
カリ45%)を用いて、高周波炉で大気中、500℃以上に
加熱しながら最下層と鋼材のロウ付け接合を行ない、熱
亀裂の発生を評価した。
♯400のダイヤモンド砥石を用いて研削し、仕上げの径
が35mmとなるように加工した。
ち、3層以上の積層構造で熱膨張係数が最上層から最下
層につれて徐々に大きくなり、最下層のHv硬度が1000kg
/mm2以下であるNo.4-5、4-7の試料には全く熱亀裂が
発生しておらず優れた耐熱亀裂性を有することが確認出
来た。これは試料長さが大きくなったため熱膨張係数の
差によって生じる鋼と最上層との間の熱応力が大きくな
り、2層以下の積層構造では鋼と最上層の間の熱応力を
緩和しきれなくなったためである。また、3層以上の積
層構造でもNo.4-6、4-8は熱膨張係数が最上層から最下
層にわたって徐々に大きくなっていないためNo.4-6は最
上層と中間層、No.4-8は中間層2と最下層の間の熱膨張
係数の差が大きくなり、大きな熱応力が発生したために
熱亀裂が生じてしまったと考えられた。
穴加工用工具として用いられるガイドパッドとして長寿
命で、素材費が安く、加工性に優れ、ロウづけ時の熱亀
裂が発生しにくい材料を得ることができる。
Claims (10)
- 【請求項1】 先端に切れ刃を有する穴加工用工具にお
いて、 前記穴加工用工具の外周で、かつ前記切れ刃よりも後部
には、前記切れ刃によって切削された被削材の加工面と
接触して穴加工を安定化させるガイドパッドを有し、 前記ガイドパッドの少なくとも表面部は、平均粒径1〜1
00μmの互いに直接結合していないダイヤモンド粒子を5
〜45体積%含有し、残部が超硬合金およびサーメットの
少なくとも一方を主体とすることを特徴とする穴加工用
工具。 - 【請求項2】 前記ガイドパッドは積層構造物で、 表面層が平均粒径1〜100μmの互いに直接結合していな
いダイヤモンド粒子を5〜45体積%含有し、残部が超硬
合金およびサーメットの少なくとも一方を主体とし、 最下層は超硬合金を主体とすることを特徴とする請求項
1に記載の穴加工用工具。 - 【請求項3】 前記ダイヤモンド粒子の含有量は10〜35
体積%であることを特徴とする請求項1に記載の穴加工
用工具。 - 【請求項4】 前記ダイヤモンド粒子の平均粒径が30μm
以下であることを特徴とする請求項1に記載の穴加工用
工具。 - 【請求項5】 前記ガイドパッドが3層以上の積層構造
物であることを特徴とする請求項1に記載の穴加工用工
具。 - 【請求項6】 前記ガイドパッドの各層の熱膨張係数が
上層から下層に向かうに従い大きくなる順に積層されて
いることを特徴とする請求項2に記載の穴加工用工具。 - 【請求項7】 前記最下層のHv硬度が1000kg/mm2以下
であることを特徴とする請求項2に記載の穴加工用工
具。 - 【請求項8】 前記ダイヤモンド粒子を含有している層
の厚さが1mmより厚いことを特徴とする請求項1に記載
の穴加工用工具。 - 【請求項9】 前記ガイドパッドが穴加工用工具本体に
ロウづけ層を介して接合されていることを特徴とする請
求項1に記載の穴加工用工具。 - 【請求項10】 前記ガイドパッドが通電加圧焼結法に
よって製造されることを特徴とする請求項1に記載の穴
加工用工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9555899A JP2000288812A (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 穴加工用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9555899A JP2000288812A (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 穴加工用工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000288812A true JP2000288812A (ja) | 2000-10-17 |
Family
ID=14140928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9555899A Pending JP2000288812A (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | 穴加工用工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000288812A (ja) |
-
1999
- 1999-04-01 JP JP9555899A patent/JP2000288812A/ja active Pending
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Legal Events
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| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20051122 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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